宏基因组学在环境保护和污染修复上的应用挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复获取任何序列的基因或功能，由此合成新物质或发现新的生物物种!发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐受机制，帮助极端环境的污染修复。从宏基因组中分离的重要基因元件组编成具有其他活性成分、或可降解污染物功能的基因簇，以替代原有不易降解化合物，或直接降解环境中石油烃、有害有害化合物、重金属。可以有效地从环境中分离新的基因、化合物和生物催化剂；所构建的工程菌可用于处理各种复杂污染物，是非常有前景的降解酶系基因筛选方法；所获取的多样性信息可以在废水处理的各种反应器系统、污染物降解过程中微生物的作用和调控、营养物循环和富营养作用的微生物生态、微生物对环境和气候的监测等研究中发挥作用；分析微生物种群多样性，检测评价环境健康。

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　　微生物基因组学1998年提出生命研究对象应是生物环境中全部微小生物的基因组，第一次提出针对特定环境样品中细菌和真菌的基因组总和进行研究的这一宏基因组(metagenome)概念2007年3月，美国国家科学院以“环境基因组学新科学——揭示微生物世界的奥秘”为题发表咨询报告，指出宏基因组学为探索微生物世界的奥秘提供新的方法，这是继发明显微镜以来研究微生物方法的重要进展，是对微生物世界认识的革命性突破宏基因组学广义宏基因组是指特定环境下所有生物遗传物质的总和，它决定了生物群体的生命现象!

　　Fierer等通过构建牧场、沙漠、雨林土壤宏基因组文库对环境中细菌、古生菌、真菌及病毒多样性进行了研究,并揭示了土壤环境中包含着大量不可培养的新病毒种类,其基因型特征与常规培养获得的病毒具有很大的差异性.Kim等通过构建稻田土壤宏基因组文库,利用多重置换扩增(MDA)技术对土壤样品中病毒基因多样性进行了研究,结果表明扩增得到的病毒基因序列与目前报道的病毒序列具有很大的差异性,进一步说明了土壤环境中包含着大量不可培养的病毒种类.

　　2003年Breitbart等第一次通过构建宏基因组文库对人体排泄物中的未培养病毒多样性进行研究,经过扩增及鸟枪测序鉴定,结果表明获得的病毒大约有1200种基因型,其基因序列与先前报道的病毒序列具有很大的差异性,多为新的基因型病毒,并揭示存在人体中的新病毒与人类疾病可能具有一定的相互性！2005年Cann等通过构建宏基因组文库对马排泄物中的未培养病毒多样性进行研究,经过测序鉴定,获得233种不同基因型的病毒,其中52%为长尾噬菌体科,26%为未分类的噬菌体,17%为肌病毒科，4%为短尾病毒科，2%为脊椎动物正痘病毒!

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　　环境微生物是自然界中分布广、种类多、数量大的生物类群。自1663年,列文虎克利用自制显微镜第一次揭开微生物神秘的面纱之后近300多年的时间里,人们对于微生物的研究主要是建立在纯培养基础上,后来人们发现通过纯培养方法估计的环境微生物多样性只占总量的0！1%~1%,这使得微生物的多样性资源难以得到全的开发和利用,如何充分开拓利用环境微生物新资源是目前环境微生物研究的重要课题之一！近年来发展起来的宏基因组学技术避开传统的微生物分离培养方法直接从环境样品中提取总DNA,通过构建和筛选宏基因组文库来获得新的功能基因和生物活性物质,宏基因组文库既包括了可培养的,又包括了未可培养的微生物遗传信息,因此增加了获得新生物活性物质的机会.

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　　宏基因组学在微生态学上的应用Zhang等构建红树林淤泥宏基因组文库,通过PCR扩增及变性梯度凝胶电泳(DGGE)对该区域固氮菌的多样性进行分析,结果揭示红树林地区固氮菌的生物多样性特征,其结果表明多数为变形菌,也含少数的固氮菌属、除硫单胞菌属、德克斯氏菌属和根瘤菌等。张薇等采用宏基因组技术对西北黄土高原柠条种植区土壤微生物多样性进行分析,发现变形杆菌纲是根表土壤区系中的有优势微生物菌群(70!3%),尤其存在大量能够诱导植物形成根瘤的根瘤菌和对植物有促生长作用的γ-Proteobacteria类微生物,说明了植物根系和土壤环境微生物菌群具有相互选择性！